论文部分内容阅读
碳材料具有高比强度、高比模量、耐热、耐化学腐蚀、耐摩擦、导电、导热、抗辐射、良好的阻尼、减震、降噪等一系列综合性能,是理想的耐烧蚀、结构和功能性复合材料组元;酚醛树脂具有原料易得、成本低廉、耐热、耐烧蚀、工艺性良好等优点,是常用的复合材料的基体树脂。碳材料广泛应用于航空航天、国防军事等尖端领域以及高级体育休闲用品、医疗器械、机械、交通等民用行业。碳材料的性能与其结晶度、宏微观结构和表面特性等方面有很大的关系,通过高温热处理等方法可以使碳由无序向有序化结构发展（即石墨化）。许多研究表明,适当添加一些无机、有机添加剂可以有效地降低转化温度（催化石墨化）。因此,碳材料石墨化的研究,尤其是催化石墨化研究是国内外碳材料研究的重点。基于此,本论文对聚丙烯腈（PAN）基碳纤维和PAN基碳纤维增强酚醛树脂复合材料的催化石墨化以及化学镀和电镀方法修饰碳纤维做了研究,具体研究内容如下:（1）电化学表面处理PAN基碳纤维的催化石墨化研究:采用阳极氧化和SnCl2敏化+PbCl2活化方法预处理碳纤维,然后利用化学镀方法将Ni-B沉积到碳纤维表面。重点研究了阳极氧化法及Ni-B催化剂对PAN基碳纤维石墨化的影响;通过扫描电镜图观察纤维表面形貌的变化,采用X射线衍射法和激光拉曼光谱法对碳纤维组织结构演变进行了表征。结果表明,阳极氧化和Ni-B催化剂对碳纤维的石墨化均具有促进作用。（2）Ni-Co合金对PAN基碳纤维的催化石墨化:采用阳极氧化方法预处理碳纤维,利用电镀方法将Ni-Co沉积到碳纤维表面;研究了Ni、Co、Ni-Co催化体系体系对PAN基碳纤维石墨化度的影响。结果表明,Ni-Co催化体系的催化石墨化效果比单独的Ni、Co催化效果好,说明了Ni-Co催化体系对PAN基碳纤维石墨化具有显著的催化效果。当Ni/Co原子比为2:1时,2400°C热处理温度下,碳纤维的d002降低到0.3359 nm,Lc（002）增高31.02 nm,展示了最高的石墨化度。Ni-Co合金催化石墨化方法简单,石墨化效果好,可开发应用于碳/碳复合材料的催化石墨化。（3）碳纤维增强树脂基复合材料石墨化的研究:采用简单的溶胶-凝胶法在PAN基碳纤维上均匀的修饰了Ti-B催化剂涂层然后制备碳纤维增强酚醛树脂复合材料。通过电镜扫描分析得出Ti-B催化的碳纤维和酚醛树脂结合比较均匀且结合紧密。同时利用拉曼光谱和X线衍射法研究了Ti-B催化体系对PAN基碳纤维增强树脂复合材料石墨化程度的影响;通过比较得出,Ti-B催化体系对碳基复合材料展示了很好的催化剂效果,同时随着温度升高,碳材料的石墨化程度逐渐提高。在2400°C热处理温度下,碳的d002降低到0.3363 nm,催化石墨化效果较好,为进一步研究碳纤维增强树脂基复合材料的石墨化度与力学性质的关系奠定了基础。